西部矿区弱胶结软岩巷道底臌控制研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hamainini
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在西部煤矿开采中经常遇到强度低、胶结差、遇水泥化的软岩,即弱胶结软岩,导致采用传统的支护手段不能有效维持巷道的长期稳定,其中底臌是西部矿区巷道中最明显破坏形式之一。内蒙古新上海庙一号煤矿112052皮带顺槽围岩具有典型的西部弱胶结软岩特征,底板围岩遇水崩解、泥化严重且底臌强烈,本文通过对顺槽围岩的物理力学性质和水理性质分析,并采用物理相似模拟、FLAC3D数值模拟以及现场实测相结合的研究方法,针对底臌的发生机理、影响因素以及格栅连续墙+底板注浆锚索的支护作用机理进行了深入系统的研究。主要研究内容和结论如下:(1)对现场采集的岩样进行物理力学性质测试,得知112052皮带顺槽的顶底帮的围岩强度都低于20MPa,用X衍射仪分析底板砂质泥岩的矿物成分,发现底板围岩富含高岭石、伊利石、伊蒙混层等遇水膨胀的矿物成分,与我国中东部矿区同种岩石对比,112052皮带顺槽岩石的单轴抗压强度和粘聚力都普遍低于中东部矿区的同种岩石。(2)物理模拟试验研究了无支护、顶帮锚固支护(底板无支护)和格栅连续墙支护三种不同条件下的底板失稳特征,判定底板破坏属于剪切滑移破坏,由此建立了滑移型底臌的力学模型,进而设计了格栅连续墙的支护参数,最后综合分析了巷道在这3种不同支护结构下软岩巷道围岩的变形破坏规律,揭示了格栅连续墙支护有效控制底臌的机理。(3)采用FLAC3D数值模拟,研究了巷道处于不同支护条件下巷道的底板变形和塑性区范围的变化规律,得出了格栅连续墙+底板注浆锚索支护是控制弱胶结软岩巷道底臌的理想支护方式的结论;当巷道处于不同侧压系数下,随着侧压系数的增大,围岩变形量和塑性区范围都明显增大;当巷道底板处于硬岩条件下时,巷道围岩变形与原岩条件下相比减小幅度达到50%~80%,塑性区范围也明显减小,说明巷道围岩变形和塑性区范围受侧压系数和底板岩性影响较大。(4)对新上海一号煤矿112052皮带顺槽进行了格栅连续墙+底板锚索注浆的工业性试验,取得了很好的技术经济效果,证明了本文研究得出格栅连续墙+底板锚索注浆支护方案能有效维护弱胶结软岩顺槽在整个服务期内的稳定。
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